一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法与流程

本发明涉及集成激光器领域，具体涉及一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法。

背景技术：

半导体激光器包含了共振腔及高反射和出光镜面，出光镜面的反射率影响激光器的出光功率和激光器预值电流的大小，传统上激光器镜面反射率由镜面镀膜决定，但是随着大数据时代的到来，芯片间的光传输需要采用集成光子电路，以求更小的体积、更佳的效率和更省电，使得集成激光器的应用越来越普遍。

这种情况下，激光器镜面的反射率，将由原先的镀膜变成镀膜、空气(激光器和波导间的距离)和波导材料(或调变器材料)三者的等效折射率综合形成新的反射率，但由于收光效率设计的限制，激光器和波导(或调变器)间的距离非常小(仅仅是数个微米量级)，无法透过实际测量的方式得到进入波导的激光功率，而工艺上的误差也会造成激光器和波导间距的设计和实际上的不同，进而改变出光的反射率，对激光器的应用有着严重的影响。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，以解决现有技术中对于集成激光器出光面的反射率无法直接测量得到，进而无法确定集成激光器的光功率的问题。

本发明实施例提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，该方法包括：获取光传输数据；测量不同腔长的激光器在不同电流下的功率值，所述不同腔长的激光器包括：非集成激光器及集成激光器；根据各激光器在不同电流下的功率值，绘制各电流功率曲线；根据各电流功率曲线，得到各激光器的测量阈值电流；根据光传输数据、光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流，得到集成激光器的光功率。

可选地，所述光传输数据包括：非集成出光面的反射率、非集成反射面的反射率、集成反射面的反射率、激光器腔长及激光器脊宽。

可选地，所述光增益与阈值电流密度关系式通过以下公式表示：

其中，gth表示阈值增益，g0表示预设增益，jth表示阈值电流密度，j0表示预设电流密度。

可选地，根据各激光器的测量阈值电流，得到测量阈值电流密度，所述阈值电流密度通过以下公式计算：

其中，jth,s表示测量阈值电流密度，ith表示测量阈值电流，w表示激光器脊宽，l表示激光器腔长。

可选地，所述非集成阈值增益计算公式如下：

其中，gth,1表示非集成阈值增益，αi表示激光器的内损耗，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率，l表示激光器腔长。

可选地，所述集成阈值增益计算公式如下：

其中，gth,back表示集成阈值增益，αi表示激光器的内损耗，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率，l表示激光器腔长。

可选地，所述根据光传输数据、光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流，得到集成激光器的光功率的步骤，包括：获取各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值，根据各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数，拟合出各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的非集成变化曲线，获取非集成变化曲线的斜率；获取各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值，根据各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数，拟合出各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的集成变化曲线，获取集成变化曲线的斜率；根据光增益与电流密度关系式及非集成阈值增益计算公式，得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式；根据光增益与电流密度关系式及集成阈值增益计算公式，得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式；根据非集成变化曲线的斜率、集成变化曲线的斜率、各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到集成激光器的光功率。

可选地，所述非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式如下：

其中，αi表示激光器的内损耗，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率，l表示激光器腔长，g0表示预设增益，jth,1表示非集成阈值电流密度，j0表示预设电流密度。

可选地，所述集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式如下：

其中，αi表示激光器的内损耗，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率，l表示激光器腔长，g0表示预设增益，jth,back表示集成阈值电流密度，j0表示预设电流密度。

可选地，根据非集成变化曲线的斜率、集成变化曲线的斜率、各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到集成激光器的光功率的步骤，包括：根据各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的非集成变化曲线的斜率，通过以下公式表示：

其中，k1表示非集成变化曲线的斜率，ln(jth,1)表示非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值，l表示激光器腔长，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率；根据各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的集成变化曲线的斜率，通过以下公式表示：

其中，k2集成变化曲线的斜率，ln(jth,back)表示集成激光器的阈值电流密度的自然对数值，l表示激光器腔长，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率；通过以下公式计算集成出光面的反射率：

其中，k1表示非集成变化曲线的斜率，k2集成变化曲线的斜率，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率；根据集成出光面的反射率，得到集成激光器的光功率。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，通过测量得到的不同腔长的各激光器在不同电流下的功率值，得到各电流功率曲线，然后得到各激光器的测量阈值电流，最终通过光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流得到集成激光器的光功率，解决了集成激光器出光面的反射率无法直接测量得到，进而无法确定集成激光器的光功率的问题。

2.本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，通过各非集成激光器及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，确定非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例系数，进而得到未知的集成激光器的反射率，计算方法简单，且避免了由于工艺上的误差造成激光器和波导间距的设计和实际上的不同，进而改变出光的反射率的问题，进而对集成激光器的的设计与特性研究奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法的流程图；

图2为本发明实施例中激光器的阈值电流获取的示意图；

图3为本发明实施例中的计算集成激光器的光功率的流程图；

图4为本发明实施例中的计算集成激光器的光功率的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，如图1所示，该方法具体包括：

步骤s1：获取光传输数据。

本发明实施例中，在可以测量得到非集成激光器镜面的反射率的情况下，通过非集成激光器的数据与集成激光器的数据进行对比，进而求出集成激光器出光面的光功率，在分析激光器的光传输特性时，首先要获取激光器的光传输数据，上述光传输数据包括：非集成出光面的反射率、非集成反射面的反射率、集成反射面的反射率、激光器腔长及激光器脊宽。需要说明的是，在实际应用中，非集成出光面的反射率及非集成反射面的反射率可以由镜面镀膜决定，也可以是在自然断裂面的情况下由材料决定，本发明并不以此为限。

步骤s2：测量不同腔长的激光器在不同电流下的功率值，不同腔长的激光器包括：非集成激光器及集成激光器。

本发明实施例中，需要测量的激光器有非集成激光器和集成激光器，首先测量不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值，然后设计同样的各腔长的集成激光器，再测量不同腔长的集成激光器的不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值。假设，需要对比的激光器的腔长分别为100、200、300、400及500μm，则需要分别测量腔长为100μm的非集成激光器的不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值，然后测量腔长为200μm的非集成激光器的不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值，以此类推，然后设计不同腔长的集成激光器，并同样分别测出各集成激光器在不同电流下的功率值，其中选择的不同腔长的激光器越多，拟合结果会越准确。需要说明的是，本发明实施例中，仅仅以腔长分别为100、200、300、400及500μm的集成及非集成激光器为例进行说明，实际应用中根据实际需要可以有所不同，并且测量数据的个数也可以根据实际需要进行调整，数据要至少两组，本发明并不以此为限。

步骤s3：根据各激光器在不同电流下的功率值，绘制各电流功率曲线。

本发明实施例中，通过测量得到的各激光器在不同电流下的功率值，其中包括，不同腔长非集成激光器在不同电流下的功率值，还包括不同腔长集成激光器在不同电流下的功率值，根据这些电流及功率数据分别绘制不同腔长非集成激光器的电流功率曲线及不同腔长集成激光器的电流功率曲线。还以上述不同腔长为例进行说明，根据腔长为100、200、300、400及500μm的非集成激光器在不同电流下的功率值，分别绘制腔长为100μm的功率随电流变化的曲线，以此类推，其他腔长的电流功率曲线、集成激光器的不同腔长的各电流功率曲线都能得出。

步骤s4：根据各电流功率曲线，得到各激光器的测量阈值电流。

本发明实施例中，在分别得到各电流功率曲线后，可以根据曲线得到各激光器的测量阈值电流，如图2所示，当激光器加的电流值尚未达到阈值电流时，激光器无法激射，当激光器加的电流值超过阈值电流值后才开始激射，并且随着电流增大，功率近似线性增大，这个a值就被认为是激光器的阈值电流，得到激光器的测量阈值电流后，可以通过公式(1)计算激光器的测量阈值电流密度：

其中，jth,s表示测量阈值电流密度，ith表示测量阈值电流，w表示激光器脊宽，l表示激光器腔长。

步骤s5：根据光传输数据、光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流，得到集成激光器的光功率。

本发明实施例中，可以根据光传输数据、光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流，最终通过将非集成激光器与集成激光器的俩个数据进行对比，得到集成激光器的光功率。

本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，通过测量得到的不同腔长的各激光器在不同电流下的功率值，得到各电流功率曲线，然后得到各激光器的测量阈值电流，最终通过光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流得到集成激光器的光功率，解决了集成激光器出光面的反射率无法直接测量得到，进而无法确定集成激光器的光功率的问题。

在一具体实施例中，如图3所示，执行步骤s5的过程可以具体包括如下步骤：

步骤s51：获取各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值，根据各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数，拟合出各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的非集成变化曲线，获取非集成变化曲线的斜率。

本发明实施例中，根据测量得到的各测量阈值电流计算测量阈值电流密度，对此测量阈值电流密度取自然对数，根据各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数，拟合出各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的非集成变化曲线，获取非集成变化曲线的斜率。

步骤s52：获取各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值，根据各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数，拟合出各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的集成变化曲线，获取集成变化曲线的斜率。

本发明实施例中，根据测量得到的各激光器的测量阈值电流计算各测量阈值电流密度，对各测量阈值电流密度取自然对数，根据各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数，拟合出各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的集成变化曲线，获取集成变化曲线的斜率。

步骤s53：根据光增益与电流密度关系式及非集成阈值增益计算公式，得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式。

在一实施例中，光增益与阈值电流密度关系式通过以下公式表示：

其中，gth表示阈值增益，g0表示预设增益，jth表示阈值电流密度，j0表示预设电流密度。非集成阈值增益计算公式如下：

其中，gth,1表示非集成阈值增益，αi表示激光器的内损耗，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率，l表示激光器腔长。

在实际应用中，可以对公式(2)和公式(3)进行联立，得到非集成激光器的阈值电流密度的对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式如下：

其中，αi表示激光器的内损耗，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率，l表示激光器腔长，g0表示预设增益，jth,1表示非集成阈值电流密度，j0表示预设电流密度。实际应用过程中，可以对公式(4)进行变形，得到关于各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化关系，其中，公式(4)中l、g0、j0、r1和r2都是已知的，而激光器的内损耗αi是由激光器的材料和结构决定的，所以集成和非集成激光器的内损耗是相同的，因为最后是通过确定非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例系数得到最后计算结果，因此可以不必求出激光器的内损耗的值。

步骤s54：根据光增益与电流密度关系式及集成阈值增益计算公式，得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式。

在一实施例中，集成阈值增益计算公式如下：

其中，gth,back表示集成阈值增益，αi表示激光器的内损耗，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率，l表示激光器腔长。得到公式(5)后，可以根据公式(5)和光增益与电流密度关系式即公式(2)联立，得到集成激光器的阈值电流密度的对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式如下：

其中，αi表示激光器的内损耗，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率，l表示激光器腔长，g0表示预设增益，jth,back表示集成阈值电流密度，j0表示预设电流密度。实际应用过程中，可以对公式(6)进行变形，得到关于集成激光器的阈值电流密度的对数值随激光器腔长的倒数变化关系，其中，公式(6)中l、g0、j0、r反都是已知的，而激光器的内损耗αi是由激光器的材料和结构决定的，因此集成和非集成激光器的内损耗是相同的，而集成出光面的反射率是未知的，则通过非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例系数求出集成出光面的反射率。

步骤s55：根据非集成变化曲线的斜率、集成变化曲线的斜率、各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到集成激光器的光功率。

在一实施例中，由各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式可以得到非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例关系，进而通过这个比例关系求出集成出光面的反射率，进而得到集成激光器的光功率。

在一具体实施例中，如图4所示，执行步骤s55的过程可以具体包括如下步骤：

步骤s551：根据各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的非集成变化曲线的斜率，通过以下公式表示：

其中，k1表示非集成变化曲线的斜率，ln(jth,1)表示非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值，l表示激光器腔长，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率；

在一实施例中，各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的非集成变化曲线的斜率，并且通过公式(7)可以得出各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值除以激光器腔长的倒数与成正比关系，其中公式(7)中k1、r1和r2都是已知量。

步骤s552：根据各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的集成变化曲线的斜率，通过以下公式表示：

其中，k2集成变化曲线的斜率，ln(jth,back)表示集成激光器的阈值电流密度的自然对数值，l表示激光器腔长，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率。

本发明实施例中，各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的集成变化曲线的斜率，并且通过公式(8)可以得出各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值除以激光器腔长的倒数与成正比关系，其中公式(8)中k1和r反都是已知量，r出是需要求的集成出光面的反射率。

步骤s553：通过以下公式计算集成出光面的反射率：

其中，k1表示非集成变化曲线的斜率，k2集成变化曲线的斜率，r1和r2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率，r反表示集成反射面的反射率，r出表示集成出光面的反射率。

本发明实施例中，通过公式(9)可以求出集成出光面的反射率，需要说明的是，本发明实施例中以知道反光面反射率为例，求解出光面的反射率，实际应用中，也可能是知道出光面的反射率，求解反光面反射率，本发明并不以此为限。

步骤s554：根据集成出光面的反射率，得到集成激光器的光功率。

本发明实施例中，已知两个镜面的反射率后，就可以根据反射率，算出集成激光器的光功率，也就是激光器的出光量。假设，上述求出激光器出光面反射率为10％，其透光率就为90％，测量得到集成激光器反射端的功率为10mw，反射面反射率为32％，则透光率就为68％，那么就可以根据光面反射率得到出光功率，此出光功率就是(10/0.68)*0.9＝13mw。

本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，通过各非集成激光器及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式，确定非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例系数，进而得到未知的集成激光器的反射率，计算方法简单，且避免了由于工艺上的误差造成激光器和波导间距的设计和实际上的不同，进而改变出光的反射率的问题，进而对集成激光器的的设计与特性研究奠定了基础。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。